CN105684290A - 直流电源装置和制冷循环设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够抑制过大的冲击电流，防止元件损坏和电路烧坏的直流电源装置（10），其将来自三相交流电源（1）的交流转换为直流提供给负载（11），直流电源装置（10）包括：整流电路（2），其输入侧或输出侧与电抗器（3）连接，对来自三相交流电源（1）的交流进行整流；第一电容器（6a）和第二电容器（6b），其在连向负载（11）的输出端子之间串联连接；充电单元（充电部（7）），其有选择地对第一电容器（6a）和第二电容器（6b）中的一方或双方充电；以及控制部（8），其控制充电部（7），控制部（8）以如下方式进行控制：在向第一电容器（6a）及第二电容器（6b）开始充电时，为了将流向第一电容器（6a）及所述第二电容器（6b）的充电峰值电流抑制为充电部（7）或整流电路（2）的允许值以下，使导通占空比较小，此后，经预先设定的时间逐渐地增大导通占空比，直至达到稳定时的导通占空比为止。

Description

直流电源装置和制冷循环设备
技术领域
本发明涉及直流电源装置和具有该直流电源装置的制冷循环设备。
背景技术
以往，已知如下的直流电源装置：以驱动在空调机、热泵式热水器、冰箱和制冷机中使用的压缩机电机的逆变器为负载，与该负载连接，将交流转换为直流。例如，在专利文献1中，公开了一种能够将单相交流转换为直流，通过简易的结构使输出电压升压的直流电源装置。
专利文献：日本特开2000-278955号公报
发明内容
但是，根据上述现有技术，无法防止在开关动作开始时对电容器产生过大的冲击电流(rushcurrent)。因此，存在电源装置内的元件可能损坏、电路可能烧坏这样的问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于得到一种直流电源装置，其能够抑制开关动作开始时产生的过大的冲击电流，能够防止元件的损坏和电路的烧坏。
为了解决上述课题，实现发明目的，本发明是将来自三相交流电源的交流转换为直流提供给负载的直流电源装置，其特征在于，具有：整流电路，其输入侧或输出侧与电抗器连接，对来自上述三相交流电源的交流进行整流；第一电容器和第二电容器，其在连向上述负载的输出端子之间串联连接；充电单元，其有选择地对上述第一电容器和上述第二电容器中的一方或双方充电；以及控制部，其控制上述充电单元，在向上述第一电容器及上述第二电容器开始充电时，为了将流向上述第一电容器及上述第二电容器的充电峰值电流抑制为上述充电单元或上述整流电路的允许值以下，使导通占空比较小来抑制充电电流，此后，经预先设定的时间使导通占空比逐渐增大，直至达到稳定时的导通占空比为止。
根据本发明，能够得到如下的直流电源装置：上述直流电源装置能够抑制开关动作开始时产生的过大的冲击电流，能够防止元件的损坏和电路的烧坏。
附图说明
图1是表示实施方式1涉及的直流电源装置的一个结构示例的图。
图2是表示在实施方式1涉及的直流电源装置中，第一开关元件和第二开关元件的开关控制与要被充电的电容器的对应关系的图。
图3是表示实施方式1涉及的直流电源装置的动作模式的图。
图4是表示实施方式1涉及的直流电源装置中的开关模式、转换器输出直流电压和三相交流的各相电流的模拟波形的一个示例的实施例的图。
图5是表示现有的直流电源装置中的开关模式、转换器输出直流电压、三相交流的各相电流的模拟波形的一个示例的比较例的图。
图6是表示实施方式1涉及的直流电源装置的控制部生成的充电动作开始时及稳定时的开关信号的图。
图7是表示实施方式1涉及的直流电源装置的控制部进行的开关信号生成方法的一个示例的图。
图8是表示实施方式2涉及的直流电源装置的控制部进行的一个控制例的图。
图9是表示实施方式3涉及的直流电源装置的一个结构示例的图。
图10是表示实施方式4涉及的制冷循环设备的一个结构示例的图。
符号说明
1三相交流电源
2整流电路
3电抗器
4a第一开关元件，
4b第二开关元件
5a第一防逆流元件
5b第二防逆流元件
6a第一电容器
6b第二电容器
7充电部
8、8a控制部
9电源电压检测部
10、10a直流电源装置
11负载
12a～12d端子
14、15a、15b电流传感器
21输出电流检测部
18保护继电器
20负载状态检测部
22输出电压检测部
23电容器电压检测部
30逆变器部
31制冷循环部
32四通阀
33内部热交换器
34膨胀机构
35热交换器
36压缩机
37制冷剂配管
38压缩机构
39压缩机电机
40制冷循环设备
具体实施方式
以下，基于附图，对本发明涉及的直流电源装置和具有该直流电源装置的制冷循环设备的实施方式进行详细说明。另外，本发明不限于该实施方式。
实施方式1.
图1是表示本发明涉及的直流电源装置的实施方式1的一个结构示例的图。图1所示的直流电源装置10将从三相交流电源1供给的三相交流转换为直流提供给负载11。另外，作为负载11，能够例示出对在制冷循环设备中使用的压缩机电机进行驱动的逆变器负载。
直流电源装置10具有：对三相交流进行整流的整流电路2；与整流电路2的输出侧连接的电抗器3；在连向负载11的输出端子之间串联连接的第一电容器6a和第二电容器6b；有选择地对第一电容器6a和第二电容器6b进行充电的充电部7；控制充电部7的控制部8；以及检测三相交流的电压的电源电压检测部9。另外，电源电压检测部9检测从三相交流电源1供给的三相交流中的二相(r相s相)的线间电压。另外，在图1中，为了便于说明，示出了端子12a～12d。
整流电路2是将6个整流二极管进行全桥连接而成的三相全波整流电路。
在图1中，电抗器3为直流电抗器，但电抗器3也可以为配置在整流电路2的输入侧的交流电抗器。
充电部7具有第一开关元件4a、第二开关元件4b、第一防逆流元件5a以及第二防逆流元件5b。
第一开关元件4a控制第二电容器6b的充电。第二开关元件4b控制第一电容器6a的充电。作为第一开关元件4a和第二开关元件4b，能够例示出功率晶体管、功率MOSFET(MetalOxideSemiconductorFieldEmissionTransistor:金属氧化物半导体场效应晶体管)以及IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor：绝缘栅双极晶体管)。
第一逆流防止元件5a从第一开关元件4a的集电极朝向第一电容器6a与负载11的连接点正向地连接，其防止在第一电容器6a中充电的电荷向第一开关元件4a逆流。第二逆流防止元件5b从第二电容器6b与负载11的连接点朝向第二开关元件4b的发射极正向地连接，其防止在第二电容器6b中充电的电荷向第二开关元件4b逆流。
使第一电容器6a和第二电容器6b的电容相等，将串联连接的第一电容器6a和第二电容器6b之间与串联连接的第一开关元件4a和第二开关元件4b之间连接。
控制部8通过控制第一开关元件4a和第二开关元件4b的通断，来控制向负载11提供的直流电压。下面参照图2，说明控制部8所进行的开关控制。
图2是表示在本实施方式的直流电源装置中，第一开关元件4a和第二开关元件4b的开关控制与要被充电的电容器(状态)的对应关系的图。
在第一开关元件4a和第二开关元件4b双方都断开时，第一电容器6a和第二电容器6b双方都被充电(图2的(A))。
在使第一开关元件4a导通并使第二开关元件4b断开时，仅第二电容器6b被充电(图2的(B))。
在使第一开关元件4a断开并使第二开关元件4b导通时，仅第一电容器6a被充电(图2的(C))。
在第一开关元件4a和第二开关元件4b双方都导通时，第一开关元件4a和第二开关元件4b短路，因此，第一电容器6a和第二电容器6b中任一个都不被充电(图2的(D))。
即，在第一开关元件4a导通时，第二电容器6b被充电，在第二开关元件4b导通时，第一电容器6a被充电。这样，能够通过对第一开关元件4a和第二开关元件4b的通断进行切换，来选择要被充电的电容器。此外，如下面说明的那样，能够控制向负载11提供的直流电压。
图3是表示本实施方式涉及的直流电源装置10的动作模式的图。作为直流电源装置10的动作模式，能够列举出使第一开关元件4a和第二开关元件4b都一直断开的全波整流模式(图3的(A))和使第一开关元件4a和第二开关元件4b交替地导通的升压模式(图3的(B-a)～(B-c))。
而且，作为升压模式，能够列举出图3的(B-a)所示的第一开关元件4a及第二开关元件4b的导通占空比为50％的升压模式a(倍压模式)、图3的(B-b)所示的第一开关元件4a及第二开关元件4b的导通占空比小于50％的升压模式b、以及图3的(B-c)所示的第一开关元件4a及第二开关元件4b的导通占空比大于50％的升压模式c。
在图3的(A)所示的全波整流模式下，使第一开关元件4a和第二开关元件4b双方都一直断开，由整流电路2全波整流后的电压为输出电压。设该输出电压为V0。
在图3的(B-a)所示的升压模式a(倍压模式)下，第一开关元件4a导通的定时和第二开关元件4b断开的定时理想上是同时，第一开关元件4a断开的定时和第二开关元件4b导通的定时理想上是同时，图2的状态(B)和图2的状态(C)轮流出现。此时的输出电压为图3的(A)所示的全波整流模式下的输出电压的2倍。即，此时的输出电压为2V0。另外，可以设置防止第一开关元件4a和第二开关元件4b同时短路的短路防止时间(通常称作死区时间)，如上所述，在本实施方式中，与有无死区时间无关，理想上设为同时的定时。
在图3的(B-b)所示的升压模式b下，存在第一开关元件4a和第二开关元件4b的双方同时断开的“同时断开期间”。在用图2的符号表示图3的(B-b)所示的升压模式b下的动作时，周期性地反复进行从(B)向(A)、从(A)向(C)、从(C)向(A)、从(A)向(B)的转换。此时的输出电压为图的3(A)所示的全波整流模式下的输出电压V0与图3的(B-a)所示的升压模式a(倍压模式)下的输出电压2V0之间的电压值。
在图3的(B-c)所示的升压模式c下，存在第一开关元件4a和第二开关元件4b的双方同时导通的“同时导通期间”。在用图2的符号表示图3的(B-c)所示的升压模式c下的动作时，周期性地反复进行从(B)向(D)、从(D)向(C)、从(C)向(D)、从(D)向(B)的转换。在(D)的状态、即“同时导通期间”，在电抗器3中蓄积能量。此时的输出电压大于图3(B-a)所示的升压模式a(倍压模式)下的输出电压2V0。
这样，通过使第一开关元件4a及第二开关元件4b的导通占空比变化，能够控制对负载11的输出电压(直流电压)。
接下来，参照图4至7，对直流电源装置10的初始充电模式下的第一电容器6a及第二电容器6b的充电频率进行说明。另外，“充电频率”是作为充电周期的倒数的“开关频率”，“充电周期”是将第一电容器6a及第二电容器6b的1组的充电期间和不充电期间进行组合得到的期间、即将第一开关元件4a及第二开关元件4b的1组的导通期间和断开期间进行组合得到的期间作为1个周期。
另外，在下面的说明中，在以第一电容器6a或第二电容器6b为主体的情况下，使用“充电频率”，在以第一开关元件4a和第二开关元件4b为主体的情况下使用“开关频率”。
首先，图5是表示现有的直流电源装置(在充电动作开始时，以与稳定时相同的50％的占空比开始驱动直流电源装置10的直流电源装置)中的开关模式、转换器输出直流电压(以下，称作母线电压)的模拟波形的一个示例、三相交流的各相电流的模拟波形的一个示例的比较例的图。图5的(a)示出了转换器电路的输出电压的模拟波形，图5的(b)示出了三相交流的r相、s相、t相的电流波形的模拟波形。图5的(c)示出了第一开关元件4a的开关模式，图5的(d)示出了第二开关元件4b的开关模式。
另外，在图5的(b)中，r相的电流波形由粗线表示，s相的电流波形由虚线表示，t相的电流波形由细实线表示。
这样，在以50％的占空比使第一开关元件4a和第二开关元件4b进行开关时，在开关动作开始时(时间＝2.0秒)，各相的电流波形中出现过大的冲击电流。该现象不是仅在占空比为50％的情况下发生，而在导通时间较长的情况下也产生。另外，过大的冲击电流是指例如超过稳定时的相电流的2倍的电流。
图4示出了与上述比较例对比的本发明的实施例子。图4是应用本发明，表示直流电源装置10中的开关模式、转换器输出直流电压的模拟波形的一个示例、三相交流的各相电流的模拟波形的一个示例的实施例的图。图4的(a)示出了母线电压的模拟波形的一个示例，图4的(b)示出了三相交流的各相(r相、s相、t相)的电流的模拟波形的一个示例，图4的(c)示出了第一开关元件4a的开关模式，图4的(d)示出了第二开关元件4b的开关模式。另外，在图4的(a)和图5的(a)、图4的(b)和图5的(b)中纵轴的刻度(scale)不同。
此处，在图4中，在充电动作开始时，将导通占空比设定为充分小的值，以使得初始过渡充电电流(冲击电流)的变化变小。即，导通占空比以根据电容器电容计算而成为能够抑制冲击电流的变化量的方式设定为充分小的值。通过将导通占空比设定为充分小的值，并减小导通占空比的变化，如图4(b)所示那样，能够控制成各相电流的电流波形不会发生畸变，且不会产生过大的电流。
如图5所示那样，以往，在将单相交流或三相交流作为输入、将整流电路作为使4个整流二极管全桥连接的单相或三相全波整流电路的情况下，基于第一电容器6a与第二电容器6b的不平衡或功率因数改善、以及母线电压的升压效果，在稳定时，以50％的占空比进行开关控制，在充电开始时没有进行特别的控制。
与此相对，在本实施方式中，在第一电容器6a及第二电容器6b的充电开始时，控制部8以减小导通占空比的方式进行控制，进行开关动作。
此处，示出本实施方式中的充电动作开始时与稳定时的开关信号，对两者的导通占空比的不同进行说明。
图6是表示控制部8生成的充电动作开始时与稳定时的开关信号的图。在图6中，以在充电动作开始时使导通占空比较小、且使之后的导通占空比的变化逐渐增大的方式进行控制，此后使其上升到稳定时的导通占空比即50％为止或能够输出期望的母线电压为止。这样，通过将导通占空比的变化控制为逐渐增大，能够抑制在充电动作开始后产生的冲击电流。另外，也可以构成为以如下方式使导通占空比变化：在第一开关元件4a和第二开关元件4b的开关动作停止之前，使导通占空比逐渐减小，而使导通占空比变为0％。
另外，在图3的升压模式a至c中的任意一个升压模式下，控制成在充电动作开始时使导通占空比较小、使之后的导通占空比的变化逐渐增大，由此能够抑制过大的冲击电流。
如以上说明的那样，控制成在充电动作开始时，将第一电容器6a及第二电容器6b的充电时间、即第一开关元件4a及第二开关元件4b的导通占空比设定为较小的值，使之后的导通占空比的变化逐渐增大。
此外，上述说明涉及升压模式a(B-a)，但在升压模式b(图3的(B-b))和升压模式c(图3的(B-c))下也同样，控制成在充电动作开始时将导通占空比设定得较小，且使之后的导通占空比的变化较小，由此能够抑制过大的冲击电流。若抑制了过大的冲击电流，就能够实现功率因数的改善和谐波电流的抑制。
另外，图1所示的直流电源装置10具有检测三相交流的电压的电源电压检测部9。因此，控制部8参照根据电源电压检测部9的检测结果得到的三相交流的检测电压值，并根据该值进行控制以使升压模式下的第一开关元件4a及第二开关元件4b的导通占空比变化。
另外，在图1中，构成为检测三相交流的r相-s相间的线间电压，但本发明不限于此，当然也可以构成为检测s相-t相间或t相-r相间的线间电压，也可以构成为检测全部三相电压，或者也可以构成为不是检测线间电压而是检测相电压。
这里，以下述方式进行控制，如图6所示从充电动作开始时至稳定时为止，使导通时间逐渐增大，并达到稳定时的导通占空比。这样，例如控制成在全波整流模式与升压模式的切换时，使导通占空比较小，之后使导通时间逐渐变化，转换到上述升压模式。下面，对生成这样的信号的方法的一个示例进行说明。
图7是表示控制部8进行的开关信号生成方法的一个示例的图。在图7中，横轴表示时间，纵轴表示电压。
图7所示的开关信号生成方法为PWM(PulseWidthModulation：脉宽调制)方式。具体而言，将电压指令信号的信号波Vup*、Vun*、和母线电压的半值(Vdc/2)的规定频率的载波信号(carrierwave，载波)进行比较，根据它们的大小关系，来生成开关信号Up、Un。
在图7中，将载波信号和电压指令信号Vup*的电压值进行比较，在载波信号的电压值大于电压指令信号Vup*的电压值时，根据开关信号Up，使第一开关元件4a导通。此外，将载波信号和电压指令信号Vun*的电压值进行比较，在载波信号的电压值小于电压指令信号Vun*的电压值时，根据开关信号Un，使第二开关元件4b导通。
进而，如图7所示那样，在载波信号的频率恒定，且电压指令信号Vup*、Vun*的电压值与时间成比例地减少时，导通占空比以一定比例增加。这样，直至占空比成为50％为止，使该电压指令信号的信号波Vup*、Vun*逐渐变化，而减小导通占空比的变化，由此能够抑制过大的冲击电流。
另外，为了以下述方式，即，使电压指令信号Vup*、Vun*的电压值逐渐变化而使充电开始后的导通占空比的变化逐渐增大的方式进行控制，应该减小电压指令信号的信号波Vup*、Vun*的电压值的减少程度、即图7所示电压指令信号的信号波Vup*、Vun*的斜率的绝对值。例如，图7为减小导通占空比的变化的方式的一个示例，根据由载波(carrierwave)和电压指令信号的信号波形成的三边形，在设开关元件4a的最初的导通时间为t时，第二次的导通时间为3t，第三次的导通时间为5t，第四次的导通时间为7t。同样地，在设开关元件4b的最初的导通时间为T时，第二次的导通时间为2T，第三次的导通时间为3T，第四次的导通时间为4T。
这样，通过使得各相电流不产生不平衡，能够使各相电流的畸变率为极小值，能够改善功率因数和抑制谐波电流。
如以上说明的那样，本实施方式的直流电源装置10是将来自三相交流电源1的交流转换为直流提供给负载11的直流电源装置10，直流电源装置10具有：整流电路2，其输入侧或输出侧与电抗器3连接，对来自上述三相交流电源1的交流进行整流；第一电容器6a和第二电容器6b，其在连向上述负载11的输出端子之间串联连接；充电单元(充电部7)，其有选择地对上述第一电容器6a和上述第二电容器6b中的一方或双方进行充电；以及控制部8，其控制上述充电单元(充电部7)，控制部8以在对第一电容器6a及第二电容器6b开始充电时抑制充电电流的方式，控制充电部7。具体而言，控制部8以如下的方式进行控制：在对第一电容器6a及第二电容器6b开始充电时，为了将充向第一电容器6a及上述第二电容器6b充电峰值电流抑制为上述充电单元或上述整流电路的允许值以下，而使第一电容器6a及第二电容器6b的1次充电期间和1次不充电期间所构成的一个周期内的、导通时间较短(减小导通占空比)，来抑制充电电流，此时经预先设定的时间使导通时间逐渐变长(增大导通占空比)，直至达到稳定时的导通占空比为止。因此，在三相交流的各相电流中不会产生过大的冲击电流。这样，能够防止元件的破损和电路的烧坏，在各相电流中不会产生不平衡，能够使各相电流的畸变率成为极小值，改善功率因数，抑制谐波电流。
具体而言，充电部7具有：第二开关元件4b，其控制第一电容器6a的充电；第二开关元件4b，其控制第一电容器6a的充电；第一防逆流元件5a，其防止第一电容器6a的充电电荷向第一开关元件4a逆流；以及第二防逆流元件5b，其防止第二电容器6b的充电电荷向第二开关元件4b逆流。第一开关元件4a和第二开关元件4b交替地导通。
此外，控制部8控制直流电源装置10的动作模式，该动作模式具有使第一开关元件4a和第二开关元件4b一直断开的全波整流模式以及使第一开关元件4a和第二开关元件4b以充电频率交替地导通的升压模式，在升压模式下进行控制，根据由电源电压检测部9的检测结果得到的三相交流的检测电压值，来使第一开关元件4a及第二开关元件4b的导通占空比变化，以能够输出期望的输出电压。
如以上说明的那样，根据本实施方式，能够得到如下的直流电源装置：能够检测在开关动作开始时产生的过大的电流并抑制过大的冲击电流，可以防止元件的损坏和电路的烧坏。
实施方式2.
图8是表示本发明涉及的直流电源装置的控制部进行的实施方式2的一控制例的图。另外，对于与实施方式1相同或同等的结构部，标注相同的标号，省略其详细说明。
在本实施方式中，以抑制向第一电容器6a和第二电容器6b流入的过大的冲击电流为目的，作为预备充电动作，使图2的(A)的状态和图2的(D)的状态交替地反复，由此在电抗器3中蓄积能量。将其称作“预备充电动作”。在反复进行这样预备充电动作时，如图8所示那样，输出电压由于电抗器3中蓄积的能量而上升。进而，在输出电压成为阈值以上之后，转换到升压模式。
第一电容器6a和第二电容器6b的两端电压(电位的总和)在全波整流模式时为V0，换言之，第一电容器6a的两端电压为V0/2，第二电容器6b的两端电压为V0/2。此处，在从全波整流模式向倍压模式(升压模式)切换时，第一电容器6a及第二电容器6b的两端电压彼此从V0/2上升。因此，在从全波整流模式向倍压模式(升压模式)切换时产生的冲击电流是因为在倍压模式(升压模式)时作为目标的输出电压与第一电容器6a和第二电容器6b的两端电压之间产生电位差这一原因而产生。因此，如图8所示那样，利用图2的(D)的电源短路状态，从电源引出短路电流，抑制为比充电电流小的峰值电流，进行对第一电容器6a和第二电容器6b进行充电的预备充电动作，消除电位差，由此抑制向稳定状态转换后的冲击电流。
实施方式3.
图9是表示本发明涉及的直流电源装置的实施方式3的一个结构示例的图。另外，对于与实施方式1、2相同或同等的结构，标注相同的标号，省略其详细说明。
图9所示的直流电源装置10a是对图1的直流电源装置10中追加如下的部件而成的结构：负载状态检测部20，其检测负载11的状态；电流传感器14，其检测流入电抗器3的电流；电流传感器15a，其检测流过第一开关元件4a的电流；电流传感器15b，其检测流过第二开关元件4b的电流；保护继电器18(开关单元)，其插入到从第一开关元件4a和第二开关元件4b的连接点到第一电容器6a和第二电容器6b的连接点之间；以及负载状态检测部20。
负载状态检测部20具有：输出电流检测部21，其检测向负载11输出的输出电流；输出电压检测部22，其检测对负载11的输出电压；以及电容器电压检测部23，其检测第二电容器6b的电压。
此外，直流电源装置10a的控制部8a输入由输出电压检测部22检测并输出的对负载11的输出电压值以及由电容器电压检测部23检测并输出的第二电容器6b的电压值输入至直流电源装置10a的控制部8a。第一电容器6a的电压值能够通过取得输出电压检测部22的检测值与电容器电压检测部23的检测值的差值而计算得出。因此，通过这样的结构，可以不设置针对第一电容器6a的电压值检测部，能够减小负载状态检测部20的面积。此外，对第一电容器6a的电压检测采用其它方法，也当然能够起到本效果。
控制部8a根据输出电压检测部22的输出值或电容器电压检测部23的输出值，停止对第一开关元件4a和第二开关元件4b的输出信号，并将保护继电器18设为开放状态。
控制部8a例如将来自输出电压检测部22及电容器电压检测部23的输出电压的基准电压值作为阈值保持，以如下的方式进行控制：在超过或低于该阈值时，停止对第一开关元件4a及第二开关元件4b的输出信号，并使保护继电器18开放。另外，作为输出电压的基准电压值即阈值取决于例如开关元件的耐损坏性或电容器的耐电压。
采用这样的结构，在使保护继电器开放时，在因直流电源装置10a的动作问题、不稳定动作、或第一开关元件和第二开关元件中的至少一方的误动作而产生过大的电压的情况下，如果为全波整流模式则能够作为直流电源装置动作，例如负载11是对在空调机、热泵式热水器、冰箱或制冷机中使用的压缩机电机进行驱动的逆变器负载时，能够驱动压缩机电机，能够进行暂时的应急运转。
此外，图9所示的直流电源装置10a的控制部8a输入由电流传感器14、15a、15b检测并输出的电流值，停止对第一开关元件4a及第二开关元件4b的输出信号，并使保护继电器18开放。例如将电流传感器14、15a、15b的检测电流的基准电流值作为阈值保持，以如下的方式进行控制：在超过该阈值时，停止对第一开关元件4a及第二开关元件4b的输出信号，并使保护继电器18开放。另外，作为输出电流的基准电流值即阈值取决于例如开关元件的耐损坏性。
通过采用这样的结构，在因直流电源装置10a的动作问题、不稳定动作、或第一开关元件和第二开关元件中的至少一方的误动作而产生过大的电流的情况下，如果是全波整流模式则能够作为直流电源装置动作，例如负载11是对在空调机、热泵式热水器、冰箱或制冷机中使用的压缩机电机进行驱动的逆变器负载时，能够驱动压缩机电机，能够进行暂时的应急运转。
如以上说明的那样，根据本实施方式的直流电源装置，作为检测负载11的状态的负载状态检测部20，具有检测对负载11的输出电压的输出电压检测部22，在作为输出电压检测部22的检测结果即对负载11的输出电压值超过或低于时阈值时，停止对第一开关元件4a及第二开关元件4b的输出信号，并使保护继电器18为开放状态。由此，如果是全波整流模式则能够作为直流电源装置动作，例如，在负载11为驱动压缩机电机的逆变器负载的情况下，能够进行压缩机电机的应急运转。
此外，具有对流入各个开关元件的电流进行检测的部件(电流传感器15a、15b)或对流入电抗器3的电流进行检测的电流传感器14，在流入各个开关元件的电流值超过阈值时，停止对第一开关元件4a及第二开关元件4b的输出信号，并使保护继电器18为开放状态。由此，如果是全波整流模式，则能够作为直流电源装置动作，例如，在负载11为驱动压缩机电机的逆变器负载的情况下，能够进行压缩机电机的应急运转。
实施方式4.
在实施方式1至3中说明的直流电源装置能够应用于例如制冷循环设备。在本实施方式中，参照图10，对应用了实施方式1至3的直流电源装置的制冷循环设备的具体结构进行说明。
图10是表示本发明涉及的制冷循环设备的实施方式4的一个结构示例的图。另外，在图10中，应用图9的直流电源装置10a作为直流电源装置，逆变器部30作为负载11与直流电源装置10a连接。逆变器部30与制冷循环部31连接。
作为图10所示的制冷循环设备40，能够例示出空调机、热泵式热水器、冰箱以及制冷机。
制冷循环部31通过由制冷剂配管37连接四通阀32、内部热交换器33、膨胀机构34、热交换器35而形成。在压缩机36的内部设置有压缩制冷剂的压缩机构38和使该压缩机构38动作的压缩机电动机39。
压缩机电机39为具有U相、V相、W相这三相绕组的三相电动机，由作为直流电源装置10a的负载而连接的逆变器部30驱动控制。
在图10所示的制冷循环设备40中，具有通过在实施方式1至3中说明的直流电源装置得到的效果。
即，在通过根据对流入各个开关元件的电流进行检测的部件(电流传感器15a、15b)或对流入电抗器3的电流进行检测的电流传感器14的检测结果而得到的电流信息，检测出过大的电流的情况下，对第一开关元件4a和第二开关元件4b进行断开控制，并使保护继电器18开放，由此将直流电源装置设为全波整流模式，能够进行稳定的动作。但是，输出电压减半。
此外，基于根据负载状态检测部20的检测结果而得到的电压信息，即使在第一电容器6a及第二电容器6b的两端的电位产生不平衡，也通过对第一开关元件4a和第二开关元件4b进行断开控制，并使保护继电器18开放，而将直流电源装置设为全波整流模式，能够进行稳定的动作。但是，输出电压减半。
此外，关于从全波整流模式向倍压模式的转换，在第一电容器6a及第二电容器6b的充电动作开始时使导通占空比以0％～50％变化，由此能够防止过大的电流流入逆变器部30。
此外，本实施方式的直流电源装置能够提供自全波整流下的电压V0起、到倍压下的电压2V0或更大的电压，能够在各种制冷循环设备中使用，因此能够得到通用性高的制冷循环设备。
如以上说明的那样，在本实施方式的制冷循环设备中，能够应用实施方式1至3说明的直流电源装置，具有通过在实施方式1至3中说明的直流电源装置而得到的效果。
另外，在实施方式1至3中的第一开关元件4a和第二开关元件4b中，为了确保由线路阻抗引起的回流电流的路径，也可以具有反向并联的续流二极管。通过具有回流续流二极管，能够确保使产生的回流电流消耗掉的路径。
此外，构成实施方式1至3中的充电部7的开关元件和防逆流元件，可以使用以硅为材料的Si系半导体，但也可以使用例如以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)系材料或金刚石为代表的宽禁带半导体。在由宽禁带半导体形成开关元件和防逆流元件时，能够提高耐电压性和允许电流密度。因此，能够实现开关元件和防逆流元件的小型化，通过使用这些元件，还能够实现直流电源装置自身的小型化。
此外，在由宽禁带半导体形成开关元件和防逆流元件时，也能够提高耐热性。因此，能够实现散热器的散热片的小型化，能够将水冷部换成气冷部，由此，能够实现直流电源装置自身的进一步小型化。此外，在由宽禁带半导体形成开关元件和防逆流元件时，能够降低电力损耗。因此，能够实现开关元件和防逆流元件的高效率化，由此，还能够实现直流电源装置自身的高效率化。
另外，也可以仅将开关元件和防逆流元件中的一个由宽禁带半导体形成，也具有上述效果。特别是，在由宽禁带半导体形成全部开关元件以及防逆流元件时，会显著地具有上述效果。
另外，作为开关元件，也可以使用功率晶体管、功率MOSFET、IGBT、作为高效开关元件所知的超级结构造的MOSFET、绝缘栅极型半导体元件、双极晶体管中的任意一个，也能够得到相同的效果。
此外，控制部8a可以由CPU(CentralProcessingUnit：中央处理器)或DSP(DigitalSignalProcessor：数字信号处理器)、微型计算机(微处理器)的离散系统构成，但不限于这些，也可以由模拟电路或数字电路(电气电路元件)构成。

Claims (14)

1.一种直流电源装置，其将来自三相交流电源的交流转换为直流提供给负载，所述直流电源装置的特征在于，包括：
整流电路，其输入侧或输出侧与电抗器连接，对来自所述三相交流电源的交流进行整流；
第一电容器和第二电容器，其在连向所述负载的输出端子之间串联连接；
充电单元，其有选择地对所述第一电容器和所述第二电容器中的一方或双方充电；以及
控制部，其控制所述充电单元，
所述控制部以如下方式进行控制：在向所述第一电容器及所述第二电容器开始充电时，为了将流向所述第一电容器及所述第二电容器的充电峰值电流抑制为所述充电单元或所述整流电路的允许值以下，使导通占空比较小来抑制充电电流，此后，经预先设定的时间使导通占空比逐渐增大，直至达到稳定时的导通占空比为止。
2.根据权利要求1所述的直流电源装置，其特征在于：
所述充电单元具有：
串联连接的第一开关元件和第二开关元件；
第一防逆流元件，其防止所述第一电容器的充电电荷向所述第一开关元件逆流；以及
第二防逆流元件，其防止所述第二电容器的充电电荷向所述第二开关元件逆流，
将所述串联连接的开关元件的中间点与所述串联连接的电容器的中间点连接。
3.根据权利要求2所述的直流电源装置，其特征在于：
所述第一开关元件、所述第二开关元件、所述第一防逆流元件和所述第二防逆流元件中的至少1个由宽禁带半导体形成。
4.根据权利要求3所述的直流电源装置，其特征在于：
所述宽禁带半导体为碳化硅、氮化镓系材料或金刚石。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的直流电源装置，其特征在于，具备：
开关单元，其插入到所述第一开关元件和所述第二开关元件的中间点与所述第一电容器和所述第二电容器的中间点之间。
6.根据权利要求5所述的直流电源装置，其特征在于，还具备：
电源电压检测单元，
所述控制部控制动作模式，
所述动作模式具有：使所述第一开关元件和所述第二开关元件都一直断开的全波整流模式；以及使所述第一开关元件和所述第二开关元件以充电频率交替地导通的升压模式；
在所述升压模式下，通过使所述第一开关元件及所述第二开关元件的导通占空比变化，来控制输出电压。
7.根据权利要求6所述的直流电源装置，其特征在于：
所述控制部以如下的方式进行控制：在所述全波整流模式和所述升压模式的切换时使导通占空比较小，此后使所述第一开关元件及所述第二开关元件的导通时间逐渐变化，转换到所述升压模式。
8.根据权利要求6所述的直流电源装置，其特征在于：
通过反复进行所述全波整流模式以及动作模式，在所述电抗器中蓄积能量以使输出电压上升，该动作模式是具有所述第一开关元件和所述第二开关元件双方都同时导通的期间的动作模式，
在所述输出电压成为阈值以上之后，向所述升压模式转换。
9.根据权利要求6所述的直流电源装置，其特征在于：
所述第一开关元件及所述第二开关元件具有反向并联的续流二极管。
10.根据权利要求6所述的直流电源装置，其特征在于：
在流入所述第一开关元件及所述第二开关元件的电流或流入所述电抗器的电流超过设定阈值时，所述控制部停止向所述第一开关元件及所述第二开关元件输出开关信号，并输出使所述保护继电器开放的信号。
11.根据权利要求6所述的直流电源装置，其特征在于，具备：
检测所述负载的状态的负载状态检测单元，
在由所述负载状态检测单元检测并输出的信号的检测值超过设定阈值时，所述控制部停止向所述第一开关元件及所述第二开关元件输出开关信号，并输出使所述保护继电器开放的信号。
12.根据权利要求6所述的直流电源装置，其特征在于，具备：
输出电压检测单元，其对与串联连接的所述第一电容器和所述第二电容器的电压相等的、向所述负载输出的输出电压进行检测；以及
电容器电压检测单元，其对所述第一电容器和所述第二电容器中的一方的电压进行检测，
所述控制部根据所述输出电压检测单元的检测值与所述电容器电压检测单元的检测值之间的差，计算所述第一电容器和所述第二电容器中的另一方的电压。
13.一种制冷循环设备，其特征在于，具备：
权利要求1至12中任一项所述的直流电源装置。
14.根据权利要求13所述的制冷循环设备，其特征在于：
所述负载具有驱动压缩机电机的逆变器部。
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